Maxwell模型（精选四篇）
Maxwell模型 篇1
近年来, 随着全球3C产业的快速发展, 数码产品的需求量大增, 传统光学元件 (球面镜、平面镜和棱镜等) 由于受到成像质量和成像分辨率等因素的制约, 已逐渐被非球面玻璃透镜所取代。在光学系统中使用非球面零件可以明显改善像质, 提高光学特性, 减少光学零件数目, 从而简化系统结构、减小系统体积、减轻系统质量, 而且更轻便、外形更美观[1]。传统非球面光学玻璃制造过程通常采用数控研磨成型、离子束抛光法, 以单点金刚石为刀具, 对玻璃进行精密加工等, 由于这些方法存在制造过程复杂、周期长、成本高、不能大批量生产等弊端, 已不能满足市场的需求[2]。光学玻璃模压成型技术由于具有成型精度高、设备简单、生产率高等优点, 已逐渐替代传统的非球面光学玻璃加工, 被认为是非球面光学透镜制造关键技术[3,4]。
随着有限元技术及计算机科技的发展, 利用有限元方法模拟玻璃模压的成型过程, 检查玻璃透镜模压过程中那些在实际试验中很难或者不可能测量的加工参量, 代替过去通过反复试验的方法优化工艺参数, 逐渐成为一种经济有效的方法。以前的许多研究者将玻璃看成弹塑性材料或者牛顿粘体[5], 然而玻璃模压的温度通常位于转化温度与软化温度之间, 玻璃在变形过程显示明显的粘弹性特性, 在模压阶段及退火阶段会出现应力松弛及蠕变现象。本实验为了更深入地了解整个模压过程, 进行成型性能预测, 采用广义的Maxwell模型对L-BAL42玻璃的模压过程进行了模拟, 首先通过简单的圆柱压缩试验来验证模型对玻璃粘弹性性能的体现, 接着对一种非球面的模压过程进行了仿真计算, 分析了温度对应力分布、模压力的影响, 通过提取非球面形状偏差, 预测形状偏差的规律, 研究的结果对玻璃模压建模及非球面透镜的实际加工具有一定的指导意义。
1 非球面玻璃模压成型方法
光学玻璃模压过程通常可以分为加热、加压、退火以及冷却阶段 (图1) 。首先将玻璃毛坯放置在下模上, 通过红外线加热模具和毛坯, 当达到预定模压温度后, 上模保持静止, 下模以一定的速率向上运动, 直到上模与下模闭合, 即加压阶段, 此阶段可将具有亚微米甚至纳米级面形精度和表面粗糙度的模具表面精确复制到玻璃表面。在退火阶段, 停止加热, 下模保持一恒定模压力使玻璃充满型腔, 然后冷却到室温, 模具与玻璃元件分离。为防止模具氧化, 在整个过程中, 模压室内充满氮气, 同时氮气兼有调控加热、冷却速率的作用。
目前玻璃模压成型技术存在许多问题, 如应力过高, 在退火冷却过程中, 在少许外力作用或接触时可能会形成龟裂, 造成元件的损坏;透镜在退火阶段的形状的偏差, 导致散射中心的误差影响光学性质;温度、模压力、模压速度加工参数的选择、玻璃填充率等问题[6]。
2 粘弹性力学模型
玻璃材料主要成分是二氧化硅, 在室温下玻璃质地硬且脆, 是一种无色的透明材料, 可看作一种刚塑性材料。当温度超过转化温度时, 其变为粘弹态, 玻璃对应力的响应兼有弹性固体和粘性流体的双重特性, 其力学性质随时间而变化的现象称为力学松弛或粘弹现象, 主要表现为应力松弛及蠕变。当温度达到软化温度时, 其表现为粘性液体。
用来描述粘弹性体应力松弛及蠕变的本构方程可以写成如下形式:
式中:G (t-τ) 为与时间相关应力松弛模量, J (t-τ) 为与时间相关蠕变柔量。
粘弹性模型通常由线性弹簧单元和线性粘性阻尼器单元组成, 用弹簧来表达高温下玻璃的弹性固体特性, 粘壶来表达高温玻璃的粘性流体特性。本实验采用广义Maxwell模型 (图2) 来模拟, 该模型可以使用多个松弛时间描述材料的粘弹性特性, 更接近聚合物粘弹性理想的松弛时间曲线[7]。
模型中应力松弛函数采用式 (3) 来描述:
式中:σ0为初始应力, τi为松弛时间, wi为权重系数, n为Maxwell单元的个数。
温度依赖性是粘弹性的另一个主要特征, 粘弹性的松弛模量既是时间的函数, 又是温度的函数。在对粘弹性方程的积分过程中, 程序将使用转换函数A (T) :
式中:Tref为参考温度, T为模压过程中玻璃的实际温度, H为玻璃的活化能, R为理想气体常数。
通过转换函数, 从实时的时间步中计算缩减的时间步长, 在实时时间尺度上某一温度的材料特性, 与在缩减时间尺度上参考温度点时的材料特性一样。
3 模压过程中热传递
在模压过程中涉及到流变和热流变。熔融的玻璃在模具的驱动下被挤压。通常模具的温度与玻璃的温度是不一样的, 它们之间存在着热传递, 玻璃本身也存在着热的重新分布。在模压过程中玻璃的热源有3个:模具的热传导、氮气的热对流、红外热源的辐射, 如图3所示。
由于光学玻璃具有极强的透光性, 红外辐射的热量通常可以忽略[8]。
模具与玻璃之间热量传递方程为:
氮气与玻璃之间的热对流传递方程可表示为:
式中:k为玻璃毛坯的热传递系数, n为模型边界面法向单位矢量, Tc为玻璃毛坯和模具的接触面温度, T∞为真空模芯内的温度, hint为玻璃和模具之间热传导系数, h∞为热对流系数。其中参数hint与接触面压力、接触面温度、接触面摩擦系数等因素有关;h∞与氮气流动速度、流动方向、形腔几何形状等因素有关。本实验取hint为2800 W/ (m2·K) , h∞为20W/ (m2·K) [8]。玻璃内部热传导方程由式 (7) 给出:
式中:ρ为玻璃密度, c为玻璃比热, k为热传导率, t为加热时间。
4 计算实例
MSC.MARC是功能齐全的高级非线性有限元软件的求解器, 体现了30年来有限元分析的理论方法和软件实践的完美结合, 具有非常好的热力耦合分析能力。本实验基于MSC.MARC软件, 转换函数通过子程序TRSFAC进行定义, 使用库仑摩擦模拟模具与玻璃的接触行为, 摩擦系数设为0.1, 利用五维的Maxwell模型对光学玻璃L-BAL42的模压成型过程进行了仿真。玻璃L-BAL42为光学工业常用的材料, 材料特征参数列于表1[9]。
4.1 圆柱玻璃模压仿真
为了验证模型能够体现玻璃模压过程中的粘弹性力学特性, 首先采用圆柱模压实验来模拟材料的粘弹性的力学特性, 由于对称性取其中的1/2进行计算, 有限元模型如图4所示。
通过模具对半径为5mm、高度为10mm的圆柱玻璃上瞬间施加一位移, 然后保持模具位置观察其应力松弛现象。图5为通过有限元模拟及理论模型 (式 (3) ) 得到玻璃在600℃时的应力松弛曲线 (模拟时材料参数以600℃为参考温度) 。从图5中可以发现, 随着温度的升高其松弛时间变短。当模压温度达到600℃时, 应力瞬间松弛, 理论模型及有限元模型能够较好地吻合。
将时间取对数, 得到不同温度下的松弛模量在同一对数时间坐标系中随温度的变化情况, 如图6所示。从图6中可以看出, 所有的图像形状是一样的, 不同的仅仅是图像沿着水平方向发生了移动。这就是玻璃材料特有的时温等效原理, 说明有限元模型能够很好地模拟这一现象。
为了模拟蠕变特性, 对圆柱玻璃施加恒定的力300N, 观察在不同温度下应变与时间的相互关系 (蠕变曲线) 。从图7可以发现, 在恒定外力下, 应变随时间延长不断增加, 其应变率逐渐减少, 随着温度的升高, 其应变增加。当温度较低时, 蠕变现象不显著。
4.2 非球面模压仿真
采用UG建立非球面镜片的几何模型, 上下非球面模型关于中间对称, 下非球面公式表示为:
其中, R=2.194511 mm, k=-2.6379, B4=2.468082×10-3, B6=-2.852381×10-3, B8=4.228797×10-4, B10=-4.749531×10-5。采用热力耦合四边形单元对模具与玻璃进行网格化, 模具网格数为1343, 玻璃样品的网格数为2705, 由于其涉及大变形, 为了防止网格畸变, 造成不收敛, 采用网格自由划分技术。非球面透镜的模压过程变形见图8。
图9为不同模压温度下玻璃应力分布图。从图9中可以发现, 玻璃的最大等效应力出现在侧边与上下模接触处, 应力集中的区域关于水平中心线对称。这是由于模压过程中, 玻璃材料从中心流向外边缘, 流动受到模具的限制, 从而导致外边缘处的等效应力明显高于中心处。
边缘处由于存在较大应力, 在冷却过程中通常最易破坏, 实际模压过程中, 玻璃破裂的地方往往出现在边缘 (如图10所示) 。
由于温度升高, 材料的流动性变好, 导致最大应力降低, 当温度从560℃升高到580℃时, 最大应力从28.58MPa降到10.10MPa。从前面的应力松弛仿真实验中可以知道, 当温度升高时, 应力松弛的速度变快, 这也是导致温度升高最大应力下降的原因之一。
从玻璃工件形状的侧边可以发现, 玻璃的填充率随着温度升高有所提高。从理论上来说, 选择更高的模压温度能使模压更有利于进行, 但高温下, 模具更易发生化学反应, 使用寿命会受到较为严重的影响[10]。选取较低的温度, 玻璃的流动性差, 不易成型, 残余应力增加, 影响使用性能, 因此合适的模压温度对玻璃的热加工十分重要, 通常光学玻璃热压成型的温度高于转化屈服温度几十摄氏度[11]。工业上L-BAL42玻璃的模压温度通常为570℃左右。
模压温度对模压力的影响如图11所示。随着温度的降低, 玻璃的粘度增加, 材料不易流动, 从而使模压力逐渐升高。同时从图11中可以发现, 在模压的后期阶段 (即模具闭合阶段) , 模压力快速上升, 这主要是因为材料的流动受到模具的严格限制。
将节点数据提取出来, 通过ORIGIN绘图, 得到了非球面光学玻璃透镜下表面形状与目标形状的比较图 (玻璃加热到570℃, 模压后以1℃/s速率冷却) , 如图12所示。通常影响光学玻璃光学特性的主要是非球面, 因此重点关注非球面形状, 由于光学元件的对称性, 只提取了非球面光学玻璃透镜下表面偏差 (如图13所示) 。
从图12及图13中可以发现, 中心处没有偏差, 随着中心距离的增加, 偏差变大, 最大偏差超过了5μm。仿真得到的结果, 可以用来进行模具的补偿, 从而代替以往的试误法, 可以大大降低模压成型模具开发的成本, 提高成型透镜的形状精度[10]。
5 结论
采用MSC.MARC软件, 利用广义的Maxwell模型对玻璃的模压成型过程进行了仿真, 结果表明, 模型能够较好地反映玻璃的粘弹性力学性能, 非球面模压仿真结果表明温度对非球面玻璃成型过程中的模压力及最大应力具有较大的影响, 同时得到了玻璃边缘处更易于破碎失效的结论, 形状偏差预测结果表明, 随着中心距离的增加, 偏差变大。仿真结果对于实际生产模压参数的选择具有一定的指导意义。
参考文献
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[8] Yan Jiwang, Zhou Tiangfeng, Jun Masuda, et al.Moldeing high-temperature glass modling process by coupling heat transfer and viscous deformation analysis[J].Precis Eng, 2009, 33 (2) :150
[9] Zhou Tiangfeng.Research on high-precision glass molding press for optical elements[D].Tokyo:Tohoku University, 2009
[10] Jain A.Experimental study and numerical analysis of compression molding process for manufacturing precision aspherical gIass lenses[D].Colombus:The Ohio State University, 2006
Maxwell-赢欧酒类介绍 篇2
赢欧国际贸易（上海）有限公司所经营的（澳洲）红酒品质优良，口感适中，所属我公司主推产品，是澳洲进口原产地发行，我们所有的产品都通过了正规的中国海关程序进口，并依法纳税。从酒庄到顾客家中，我们都亲自严格控制每一个环节。我们拥有一支专业的葡萄酒顾问团队，贴心的协助您选购我们的产品，我们可以为您安排品酒，请跟我们一起进入个性化红酒之旅吧。
品牌概况
建成于1979年，隶属于麦克斯韦家族（Maxwell），有80英亩大的庄园葡萄园。因手工酿造而出名，丰富而强劲的红葡萄酒兼具结构感和优雅度，具有精致而细腻的品种风味。坐落在世界闻名的南澳麦克拉伦谷，酒厂与葡萄园均获益于此，造就了独特的且受人赞扬的麦克拉伦华美风格的葡萄酒。麦克斯韦红葡萄酒精选来自独特的石灰岩洞（Lime Cave）的赤霞珠葡萄和艾伦街（Ellen Street）的西拉葡萄酿造，使用手工制作的橡木桶熟成，故而具有纯净的果实风味和与之互补的橡木特色，亦因此而出名。年均破碎400吨左右的葡萄，酒厂亦可独立酿造，确保了每年佳酿的稳定与美味。
风土介绍
麦克斯韦的葡萄园得益于南澳的麦克拉伦谷的地理位置，坐落在实心的石灰岩山丘上，葡萄藤种植在最薄的表层棕色壤土之上（仅15cm）。西拉葡萄藤年逾50年，种植在冲积壤土上。2010年买入临近的葡萄园，从而有了一些80年的老藤歌海娜。整个酒庄产业葡萄园为地中海气候。
葡萄品种介绍
酒庄栽培的红葡萄品种有西拉、赤霞珠、梅洛、歌海娜、小维铎和添帕尼罗。小比例的维欧涅葡萄与西拉葡萄混合在一起发酵。除此之外，酒庄亦出产清新的白葡萄酒，使用华帝露和赛美蓉葡萄，而顶级的凉爽气候的霞多丽则出自附近阿德莱德山区的Kuitpo
Little Demon-小恶魔
1871年，苏格兰科学家詹姆士•克拉克•麦克斯韦（James Clerk Maxwell）计划进行一个思维实验，即用一种假想的生物充当两个空间的守卫，以根据气体分子的扩散速度对其进行分类。乍看之下，这样的一个系统可从虚无中开发潜在的能量……而从理论来讲，物理学法则中不成立。这种假想的守卫被物理学家们称为“Maxwell’s Little Demon”，并在一个世纪多的岁月中，在科学界引起了各种辩论与实验。今天，它是麦克斯韦家族的利用自己的能量，在麦克拉伦谷做出高品质的葡萄酒。
2013 Little Demon Cabernrt Merlot(麦克斯韦-小恶魔 赤霞珠梅洛2013红葡萄酒)
当前年份：2013
年份情况：
2013年份的葡萄酒更有深度。整体气候条件较佳，均衡的冬季降雨，以及温和的初夏。三月初仅有简短的两天期热浪袭过，尽管该年份整体的收成下降了20%，然而果实的品质却趋于完美。色泽与香气: 强烈而饱满的紫色色泽，大量的紫罗兰、树莓和香料香充溢其间。
味觉：
口感新鲜富有生命力，中等酒体，黑醋栗、李子、樱桃核巧克力的复杂风味搭配柔顺的单宁。赤霞珠风味占主要方面，而梅洛的柔顺平衡了它的口感。
窖藏潜力：
当你注意到它的时候，便是你享用的时刻。然而在完美的储藏条件下，还可以存放4-6年。
工艺特点：
品种组成：赤霞珠70％，梅洛30％ 产区：麦克拉伦谷（McLaren Vale）
酿酒师：安德鲁·杰里科（Andrew Jericho）和马克·麦克斯韦（Mark Maxwell）橡树熟成：旧法国橡木大桶熟成16个月。
酒精度：14.5%ALC/VOL
总酸：6.9g/ L
pH值：3.47
2013 Little Demon Shiraz Grenache（麦克斯韦-小恶魔 西拉子歌海娜2013红葡萄酒）
当前年份：2013
年份情况：
2013年份的葡萄酒更有深度。整体气候条件较佳，均衡的冬季降雨，以及温和的初夏。三月初仅有简短的两天期热浪袭过，尽管该年份整体的收成下降了20%，然而果实的品质却趋于完美。
色泽与香气：
酒色泽深红，拥有黑樱桃和李子的香气以及淡淡的香草气息。
口感：
口感上呈现出典型的麦克拉伦谷西拉葡萄酒的风味，以及歌海娜带来的具有层次感的樱桃与蓝莓芬芳，还有香料、李子和覆盆子的芳香。这是一款完搭各类食物的具有复杂度的葡萄酒。
窖藏潜力：
当你注意到它的时候，便是你享用的时刻。然而在完美的储藏条件下，还可以存放3-6年。
工艺特点：
品种组成：西拉80％，歌海娜15％，维欧尼5％ 产区：麦克拉伦谷（McLaren Vale）
酿酒师：安德鲁·杰里科（Andrew Jericho）和马克·麦克斯韦（Mark Maxwell）橡树熟成：旧法国橡木大桶熟成16个月。
酿造：将西拉葡萄与白葡萄品种维欧涅一起进行发酵，后期与歌海娜葡萄混合调配，成就了这款富含香料风味的红葡萄酒。
酒精度：14.6%ALC/VOL
总酸： 6.3 g / L
pH值：3.42
2013 Little Demon Cabernet Malbec（麦克斯韦-小恶魔 赤霞珠马尔贝克2013红葡萄酒）
当前年份：2013
2013年份的葡萄酒更有深度。整体气候条件较佳，均衡的冬季降雨，以及温和的初夏。三月初仅有简短的两天期热浪袭过，尽管该年份整体的收成下降了20%，然而果实的品质却趋于完美。
色泽与香气: 呈深紫色，带有桑葚芬芳，肉桂与茴香和紫罗兰的香味。
味觉：
这款酒的单宁如天鹅绒般柔顺，带有成熟黑莓、樱桃和巧克力的芬芳，余味悠长。
窖藏潜力：
当你注意到它的时候，便是你享用的时刻。然而在完美的储藏条件下，还可以存放4-6年。
工艺特点：
品种组成：赤霞珠81％，马尔贝克19％ 产区：麦克拉伦谷（McLaren Vale）
酿酒师：安德鲁·杰里科（Andrew Jericho）和马克·麦克斯韦（Mark Maxwell）橡树熟成：旧法国橡木大桶熟成16个月。
酒精度：14%ALC/VOL
总酸：7.1g/L
pH值：3.48
2013 Eight Bells Shiraz（麦克斯韦-八玲 西拉子2013红葡萄酒）
命名来源：
“八玲声”在航海方面代表了一个水手的腕表时间终点-也是和其他船员去放松和享受的食物美酒的一个时间段，这种酒非常适合这样的场合，无论是在海上或 在陆地上...当前年份：2013
年份情况：
2013年份的葡萄酒更有深度。整体气候条件较佳，均衡的冬季降雨，以及温和的初夏。三月初仅有简短的两天期热浪袭过，尽管该年份整体的收成下降了20%，然而果实的品质却趋于完美。
色泽与香气: 这款干红葡萄酒呈深红黑色，带有红色浆果、香料和香草的香气。
口感：
风味丰富，带有黑莓、红樱桃和成熟李子的味道，伴有香料味和胡椒味，口感饱满，平衡性良好，余味持久柔和。
窖藏潜力：
当你注意到它的时候，便是你享用的时刻。然而在完美的储藏条件下，还可以存放3-5年。
工艺特点：
品种组成：西拉子100% 产区（GI）：麦克拉伦谷（McLaren Vale）
酿酒师：安德鲁·杰里科（Andrew Jericho）和马克·麦克斯韦（Mark Maxwell）橡树熟成：旧法国橡木大桶熟成16个月。
酒精度：14.9%ALC/VOL
总酸：6.52g/L
pH值：3.45
Maxwell家族缘起于1875年从苏格兰到澳大利亚定居的著名雕刻家William James Maxwell。酒庄成立于1979年，为家族拥有。被James Halliday评为5星级酒庄。
在世界著名的葡萄酒产区迈凯伦山谷拥有80英亩葡萄园，Ellen Street Shiraz和Lime Cave Cabernet是酒庄的旗舰产品。庄园最老的葡萄藤种植于1953年，用于酿造Ellen Street设拉子葡萄酒。Mark Maxwell是酒庄的拥有者和酿酒师，Mark拥有超过30年的葡萄酒酿造经验。Mark是红葡萄酒酿造专家。
麦克斯酒庄的葡萄园坐落于迈凯伦山谷最佳的位置。酒庄的土壤以形成于在56 至 34 百万年前的第三纪（始新纪）的石灰岩为主。来自于圣文森特海湾的温和海风使得酒园日暖夜凉，生长在这里的葡萄果实紧实，果香丰富。非常适合小批量葡萄的生长。酒庄风景秀美，每年都有许多新人在此举办婚礼。同时享用Maxwell提供的美酒和美食。商品品牌：麦克斯维尔小魔鬼西拉子歌海娜2013红葡萄酒 品种比例：80%西拉，15%歌海娜，5%维欧涅 产区：麦克拉伦谷
酿酒师：安德鲁•杰里科（Andrew Jericho），马克•麦克斯维尔（Mark Maxwell）橡木熟成：旧法国橡木大桶熟成16个月
工艺特点：将西拉葡萄与白葡萄品种维欧涅一起进行发酵，后期与歌海娜葡萄混合调配，成就了这款富含香料风味的红葡萄酒。酒精度：14.6%ALC/VOL 酸碱度：3.42 总酸：6.3g/l 储藏潜力：当你注意到它的时候，便是你享用的时刻。然而在完美的储藏条件下，还可以存放3-6年。
命名来源
1871年，苏格兰科学家詹姆士•克拉克•麦克斯维尔（James Clerk Maxwell）计划进行一个思维实验，即用一种假想的生物充当两个空间的守卫，以根据气体分子的扩散速度对其进行分类。乍看之下，这样的一个系统可从虚无中开发潜在的能量……而从理论来讲，物理学法则中不成立。这种假想的守卫被物理学家们称为“Maxwell’s Little Demon”，并在一个世纪多的岁月中，在科学界引起了各种辩论与实验。年份情况
2013年份的葡萄酒更有深度。整体气候条件较佳，均衡的冬季降雨，以及温和的初夏。三月初仅有简短的两天期热浪袭过，尽管该年份整体的收成下降了20%，然而果实的品质却趋于完美。色泽与香气
深红色泽，有黑樱桃和李子的香气，以及淡淡的香草气息。口感
口感上呈现出典型的麦克拉伦谷西拉葡萄酒的风味，以及歌海娜带来的具有层次感的樱桃与蓝莓芬芳，还有香料、李子和覆盆子的芳香。这是一款完搭各类食物的具有复杂度的葡萄酒。
品牌概况
建成于1979年，隶属于麦克斯维尔家族（Maxwell），有80英亩大的庄园葡萄园。因手工酿造而出名，丰富而强劲的红葡萄酒兼具结构感和优雅度，具有精致而细腻的品种风味。坐落在世界闻名的南澳麦克拉伦谷，酒厂与葡萄园均获益于此，造就了独特的且受人赞扬的麦克拉伦华美风格的葡萄酒。麦克斯维尔红葡萄酒精选来自独特的石灰岩洞（Lime Cave）的赤霞珠葡萄和艾伦街（Ellen Street）的西拉葡萄酿造，使用手工制作的橡木桶熟成，故而具有纯净的果实风味和与之互补的橡木特色，亦因此而出名。年均破碎400吨左右的葡萄，酒厂亦可独立酿造，确保了每年佳酿的稳定与美味。
风土介绍
麦克斯维尔的葡萄园得益于南澳的麦克拉伦谷的地理位置，坐落在实心的石灰岩山丘上，葡萄藤种植在最薄的表层棕色壤土之上（仅15cm）。西拉葡萄藤年逾50年，种植在冲积壤土上。2010年买入临近的葡萄园，从而有了一些80年的老藤歌海娜。整个酒庄产业葡萄园为地中海气候。葡萄品种介绍
酒庄栽培的红葡萄品种有西拉、赤霞珠、梅洛、歌海娜、小维铎和添帕尼罗。小比例的维欧涅葡萄与西拉葡萄混合在一起发酵。除此之外，酒庄亦出产清新的白葡萄酒，使用华帝露和赛美蓉葡萄，而顶级的凉爽气候的霞多丽则出自附近阿德莱德山区的Kuitpo 马克•麦克斯维尔Mark Maxwell
麦克是麦克斯维尔酒业的主管与首席酿酒师。他的酿酒生涯开始于学生时代的假期为其父搅桶与清洗发酵罐，至今他已完成了28个年份的葡萄酒酿造。负责酒庄葡萄园中的一切工作，从葡萄栽培到最终的混合调配与灌装。亲身实践与经历有助于马克近距离得评判果实的品质，并实现它们的价值，成就麦克斯维尔葡萄酒的独特风格——丰富，纯净，果香芬芳馥郁，受益于橡木熟成的精心控制。
Maxwell模型 篇3
1 试验设计
1.1 试样选择
试验所用土样为冻结兰州黄土, 其基本物理参数, 如表1所示。
1.2 试样制备
为了进行比较试验, 将试样分别制成标准的圆柱状样品 (直径61.8mm、高125mm) 、空心圆柱状样品 (在标准的圆柱状样品中加一φ20mm的孔) , 以含水量w=10%均匀拌和砂土, 通过专用制样机将其压制而成。
为了测定在不同温度下的试验结果, 试验前先将各试样在恒温箱 (控温精度为±0.1℃) 中恒温24～32h, 控制温度分别为-10℃和-20℃。
1.3 试验方法
所有试验均在MTS-810 (10t) 电子万能试验机上按照GB/T50123-1999《土工试验方法标准》进行。轴向荷载由主机控制, 全过程的数据采集由计算机自动完成并从计算机屏幕上直接输出其应力-应变关系曲线。
2 试验结果及分析
冻土的应力-应变曲线的形状决定于冻土的成分和结构特征。因而, 对于不同类型的冻土, 甚至相同类型的土而制成不同类型的试样, 其应力—应变曲线的形状都会有不同程度的差异, 为了比较试样在不同的温度和含水量下的应力—应变关系, 分别以各个试样的应力 (MPa) 为横轴、应变 (%) 为纵轴作出其应力-应变曲线。图1～4为圆柱试样在不同温度和含水量条件下单轴压力作用时应力-应变-时间之间的相互关系曲线。
3 Maxwell粘弹性体本构模型分析
1) Maxwell模型由弹性元件和粘性元件串联而成如图5所示。设在应力σ作用下, 弹簧和阻尼器的应变分别为ε1和ε2, 则总应变为:ε=ε1+ε2
对于弹性元件:σ=Eε1, 对于粘性流体 (阻尼器) :σ=ηε2·则:ε·=ε1·+ε2·=σ·/E+σ/η, 这就是Maxwell模型的微分形式。
2) Maxwell模型在给定的应变路径和应力路径下应力、应变与时间的关系。
由Maxwell模型的本构方程可知, 当时, 设ε (0) =0, 则从而代入该式得此过程的应力-应变关系比较σ (t) 和σ (ε) 方程可得此时应力随时间与应变的变化趋势相同, 都是以指数函数逐渐增加。当时, 设σ (0) =ε (0) =0, 则该过程的应力-应变方程为即当应力随时间线性增加时应变随时间与应力的变化趋势是相同的, 均以抛物线的形式变化作出这两种情况下的应力、应变与时间的理论关系曲线, 分别如图6和图7所示。
4 试验曲线与模型理论曲线的比较
(1) 图1～4为冻土在单轴加载过程中所采集到的应力、应变与时间相互关系曲线表明:试验过程是以应变来控制的 (应变率是常数) , 此时, 应力应变关系曲线和应力时间关系曲线具有相同的形状只是变化范围不同而已。
(2) 在试验过程中, 当应力随时间增加时, 应力应变曲线为开口向下的二次抛物线, 这正与图6中Maxwell模型当应变率为常数的情形相一致。
(3) 通过试验过程中得到的曲线和理论曲线的比较可知试验所选用的冻结兰州黄土在某种程度上具有模型的特点
参考文献
[1]李宁, 程国栋.冻土力学的研究进展与思考[J].力学进展, 2001, 31 (1) :95-103.
[2]崔托维奇.HA.冻土力学[M].北京:科学出版社, 1985.
[3]朱元林.冻土的单轴压缩本构关系[J].冰川冻土, 1992, 14 (3) :210-216.
[4]蔡中民.冻土的粘弹塑性本构模型以及材料参数的确定[J].冰川冻土, 1990, 12 (1) :30-40.
Maxwell模型 篇4
目前声波探测器技术正向阵列化和多维方向发展,乔文孝等人在声波测井相控方面开展了大量的基础研究工作[1]。用于声波测井的相控阵由多个压电振子组成,根据设计需要往往有多个振子并联工作以增强辐射能量。目前主要使用单个激励脉冲变压器对单个压电振子进行激励,当负载变成多个压电振子时,会对激励脉冲变压器设计提出更高的要求。Ansoft公司的Maxwell软件是一款功能强大的有限元电磁模拟软件,可模拟变压器及其外围电路,并可进行非线性瞬态仿真[2,3]。本文介绍了使用电磁有限元分析软件Maxwell设计激励脉冲变压器的方法,并结合声波测井相控阵激励电路进行了验证。
1建立模型
1.1建模准备工作
通过查阅TDK资料手册[4],可以确定本文计算模型中所使用的磁芯和骨架的各种参数,建立仿真模型的关键在于确定初级和次级绕组的截面积。为了估算绕组截面积,必须先估算出初级匝数,结合将要使用的绕线直径即可算出初级绕组的截面积,然后根据与磁芯配套的骨架有效空间参数确定次级绕组截面积。
在确定实际初级输入脉冲的宽度和幅度后,可按式(1)估算初级绕组匝数
式(1)中,N1为变压器初级绕组匝数;U1为初级输入脉冲幅度;Tk为初级输入脉冲宽度;ΔB为Tk时间内的磁感应强度增量;S为磁芯横截面积;KT为磁芯填充系数[5,6,7]。本文中的激励变压器选用了TDK公司PC40PQ40/40磁芯,材料为PC40,查阅参数手册可知S=2.01×10-4m2,ΔB取0.4T(25℃)[4,8],初级绕组输入脉冲电压U1=400 V,脉冲宽度Tk=30μs,填充系统KT取0.8,则N1=187。
1.2变压器几何模型建立
首先根据PQ4040磁芯实际物理尺寸建立磁芯几何模型;然后分别建立初级绕组和次级绕组几何模型;最后建立外围背景区域几何模型。建立好的几何模型如图1所示,为方便观察,图中没有显示背景空气模型。
1.3 模型材料属性设置
几何模型建立完毕后,需要设置各几何模型中所用材料的属性。Maxwell软件有丰富的定义好的材料库供选择,对于背景区域和变压器绕组而言,直接选择材料库中的材料即可,将外围背景区域材料属性设置为air,将初级和次级几何模型材料属性设置为copper;由于实际变压器磁芯为PC40材料,则自定义了一种名称为PC40材料,输入PC40材料的BH曲线(25℃),将磁芯材料属性设置为PC40。
1.4 外围电路建模
变压器模型建立完毕后,下一步就是在Maxwell Circuit Editor软件中设置初次级绕组的外围电路。初级绕组外围电路由脉冲电压源V1、电阻R1、绕组Lwinding_lv和二极管组成,具体连接如图2所示。其中,脉冲电压源V1的幅度设置为400 V,脉冲宽度设置为30 μs。
次级电路主要由绕组、反向吸收二极管和三个并联的压电换能器负载组成,电路如图3所示。如果忽略电损耗,在离某一共振频率很远的频率上没有其它共振,则在这个共振频率附近可把压电换能器近似看成一个集总系统[9],其等效电路如图3中虚线框所示,以压电片1为例,C1为静态电容,L1为动态电感,R5为动态电阻,C2为动态电容,它们的取值可通过使用阻抗分析仪实际测量得到。
外围电路建立完毕后,先在Maxwell Circuit Editor软件中输出电路网络表文件,然后在Maxwell软件中导入该网络表文件即可开始进行仿真分析。
2 仿真结果分析
2.1 对绕组匝数作参数扫描分析
Maxwell软件具有参数扫描功能,通过该功能可以对初级线圈匝数和次级线圈匝数进行扫描,得到不同条件的激励波形,再根据压电片耐压值和最佳激励脉冲宽度选择合适的初级和次级绕组匝数。首先进行了在次级绕组匝数不变的情况下对初级绕组匝数进行参数扫描的参数分析,分析得到的高压激励波形如图4所示。从图4可知,当次级绕组匝数不变且初级绕组匝数在小范围内变化时,初级匝数的变化对激励脉冲幅度影响较大,对激励脉冲宽度影响较小,初级绕组匝数增加,激励脉冲幅度降低。
然后进行了在初级绕组匝数不变的情况下对次级绕组匝数进行参数扫描的参数分析,得到的高压激励波形如图5所示,从图5中可知,当初级绕组匝数不变且次级绕组匝数在小范围内变化时,次级绕组匝数的变化对激励脉冲幅度影响较小,对激励脉冲宽度影响较大,次级绕组匝数增加,激励脉冲宽度增大。
2.2 仿真波形与实际波形对比
通过参数扫描分析,选择符合条件的初次级匝数绕制激励变压器,然后用该变压器进行实际激励试验,记录压电片两端电压波形并与仿真波形对比,结果如图6所示。从图6中可知,实测波形与仿真波形幅度非常接近,实测波形脉冲宽度比仿真波形略宽且有过冲现象,初步判断是仿真电路中使用的反向吸收二极管参数过于理想且压电片等效电路只是近似等效所致。
3 结论
通过Maxwell软件模拟和实际电路验证表明:在较小的匝数变化范围内,初级绕组匝数对高压激励脉冲幅度影响较大,对激励脉冲宽度影响较小,初级匝数增加,激励脉冲幅度降低;次级绕组匝数对高压激励脉冲幅度影响较小,对激励脉冲宽度影响较大,次级匝数增加,激励脉冲变宽。仿真得到的高压激励波形与实测的激励波形有较好的一致性,但由于仿真过程中使用的是压电片近似等效电路,部分外围电路元件过于理想,导致实际波形与仿真波形存在一定的差距,有待于建立更接近实际的模型。通过电磁有限元软件模拟,可提高变压器设计效率,通过输入磁芯在不同温度下的BH曲线,还可以对高温下的激励波形作进一步分析。
参考文献
[1] 乔文孝,鞠晓东,车小花.可用于声波测井的相控圆弧阵声波辐射器.测井技术,2009;33(1):22—25
[2] Ansoft Corp.Getting started with maxwell: a transient problem,2009
[3] Ansoft Corp.Maxwell circuit editor online help,2009
[4] TDK Corp.Ferrite for switching power supplies original cores.http://www.tdk.co.jp/tefe02/e143.pdf,2009—12—10
[5] 王瑞华.脉冲变压器设计(第二版).北京:科学技术出版社,1996
[6] 杨哲,鞠晓东.压电换能器阻抗匹配研究.高电压技术,2007;33(1):70—73
[7] 杨哲,鞠晓东.小型脉冲变压器设计.变压器,2006;43(12):10—14
[8] TDK Corp.Material characteristics.http://www.tdk.co.jp/tefe02/e130_1.pdf,2009—12—10